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用于暖白光LED的新材料


 发光二极管更普遍地被称为“LED”,因其能源效率和耐久性而众所周知。但当前的白光LED所发出的蓝冷光却挡住了LED的室内照明之路。

现在,佐治亚大学的科学家们已经制造出了被认为是世界上首例能用仅仅一种发光材料(或磷光体)、一个光照发射中心就发出暖白光的LED。自然出版集团的杂志《光:科学与应用》的现行版对这种材料进行了详细的描述。

目前,白光LED主要用于闪光灯和车灯,但它们发出的蓝冷光很不招人喜欢,尤其是在室内,佐治亚大学富兰克林艺术与科学学院及佐治亚大学工程学院物理系副教授也就是本论文的**作者潘正伟说。我们发明的材料可达到暖色温,与此同时还能提供高度**的彩色再现功能,这是以前的单一磷光体转化型LED所从未展示过的。

潘正伟解释说有两个主要变量可用于评估人造光的质量。相关色温是其中一个变量,可用于测定光的冷度或暖度,低于4000开尔文的色温非常适合室内照明。(相反,高于5000开尔文的相关色温发出的是蓝色光,也就是让白光LED家喻户晓的那种光。)另外一个重要的测度是颜色复原度,即光源复制自然光的能力。高于80的显色指数对室内照明而言是非常理想的,而低于80的显色指数会让人觉得光的颜色不真实。潘正伟和他的同事们制造出的材料能满足以上两个门槛标准:相关色温低于4000开尔文,同时显色指数为85

潘正伟说通常可利用一块涂有发光材料(或磷光体)的蓝色LED芯片获得暖白光——这里的发光材料可发出不同的光色,于是便制成了所谓的磷基白光LED”。但是,将光源材料以**的比例组合起来是一件既困难又费钱的事。同时,由于每种光源材料对温度变化的响应程度不同,因而所得到的颜色也常常千差万别。单一磷光体的使用恰巧解决了颜色稳定性问题,因为这种材料的颜色质量不会随着温度的升高而发生改变,佐治亚大学工程学院的博士生也就是本论文的首席作者Xufan Li说。

为制造出新型磷光体,潘和他的团队将微量的氧化铕与氧化铝、氧化钡和石墨粉混合在一起。然后他们将这些粉状材料放在管式炉中,在14502642)的温度下加热。在管式炉的真空作用下,汽态材料被吸到一块基片上,并在那里以黄色发光化合物的形式沉积下来。当黄色发光化合物被封装入灯泡中并被一块蓝色LED芯片照亮后,便形成了暖白光。

虽然这个团队的研究成果很有发展前景,但潘正伟强调在将这种材料用于家庭、商店和学校的照明前,他们仍需克服几个障碍。首先,这种新材料的效率比目前的蓝白光LED要低得多。其次,要使这种材料的生产扩大到工业规模也是有挑战性的,因为在磷光体合成过程中即使是很小的温度和压力变化也会使材料发出完全不同的光色。

这种新型黄色磷光体具有以前从未报道过的新晶格结构。研究人员们目前正在研究该化合物里的离子是如何排列的,希望通过更深入地了解该化合物的原子级结构以提高其效率。我们还有更多的工作要做,潘正伟说,但我们已经达到的良好色温和显色指数给我们开了个很好的头。

 

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